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单心室缺陷综合症(Single Ventricular Heart Syndrome，SVHS)是一种致命的先天性心脏畸形，占先心病总发病率的0.2％。先天性右心发育不全综合征(Hypoplastic Right Heart Syndrome，HRHS)作为SVHS的一种，主要病理解剖结构改变包括三尖瓣闭锁、房间隔缺损、肺动脉和右心室发育不全。病人右心功能丧失，肺循环供血只能通过未闭锁的动脉导管，因此导致病人血氧含量严重不足。体-肺分流术作为治疗该缺陷的第一步，通过在体循环和肺循环之间加入动脉导管来增加病人的肺循环分流，从而增加病人血氧含量并促进病人肺动脉发育。常见的体-肺分流术方案有:无名动脉与肺动脉搭桥，即改良BT手术(ModifiedBlalock-Taussig Shunt，MBTS)和升主动脉与肺动脉搭桥，即中心分流术(Centralshunt，CS)。 当前体-肺分流术的实施主要依赖手术医生的临床经验，缺乏术前规划和疗效预测，增加了手术的风险。此外，通过基于计算流体力学(Computational FluidDynamics，CFD)的数值模拟方法对手术局部的血流动力学术前仿真分析缺乏生理真实的边界条件，也不能考虑局部血管结构改变和整体心血管循环之间的相互影响。目前，虽然有零星研究建立了包含局部三维血管和外围循环系统耦合的心血管几何多尺度模型，但由于模型建立方法的不完善和商业软件的限制，使得不同尺度耦合模型的建立及其计算，特别是基于时间步长的耦合变得相对复杂。 本文的研究目的，是建立单心室体-肺分流术的几何多尺度模型，用心血管系统集中参数模型为手术局部三维血流动力学仿真提供更为真实的边界条件。具体研究内容包括:1.建立反映单心室病人及其体-肺分流术的集中参数模型(0D模型)，讨论体-肺分流术可能对术后血流动力学的影响;2.建立零维(0D)-三维(3D)耦合的术后几何多尺度模型，讨论基于开源CFD软件的几何多尺度模型耦合求解方法。 本研究首先建立了能反映单心室病人病态心血管循环的繁、简两种0D模型，并同临床采集的病人信息及文献中的相关结果进行了比对;然后在相对复杂的病人0D模型上根据改良BT手术过程建立了术后0D模型，仿真并讨论了不同管径(3mm,3.5mm,4mm)情况下改良BT术后病人血流动力学的可能改变;最后在相对简单的0D模型基础上加入了模拟体-肺分流管的局部3D模型，建立了术后0D-3D耦合的CS术式多尺度模型和耦合计算方法，之后验证了多尺度算法的正确性，同时对CS术后血流动力学改变进行了预测。 研究结果表明:两种体-肺搭桥方式均能明显增加病人肺循环血液分流量;改良BT手术在0D仿真时显示搭桥管管径在3mm时肺循环分流量改善不明显，4mm时肺循环分流量过大，3.5mm时较为适宜;CS手术的0D-3D多尺度仿真显示肺循环分流量由32％增加至58％并给出了局部三维流场信息;本文建立的多尺度模型及其求解方法合理，并能够满足今后病人个性化多尺度血流动力学规划的需要。 本文在建模研究了单心室及其体肺分流术血流动力学改变的同时，建立了基于时间步的0D-3D血流动力学几何多尺度耦合模拟方法，为今后基于几何多尺度血流动力学仿真的心血管手术规划提供了方法基础。